2 Материаловедение

Глина — мелкозернистая осадочная горная порода, пылевидная в сухом состоянии, пластичная при увлажнении

Глина состоит из одного или нескольких минералов группы каолинита (происходит от названия местности Каолин в Китае), монтмориллонита или других слоистых алюмосиликатов (глинистые минералы), но может содержать и песчаные и карбонатные частицы. Как правило, породообразующим минералом в глине является каолинит, его состав: 47 % (масс) оксида кремния (IV) (SiO₂), 39 % оксида алюминия (Аl₂О₃) и 14 % воды (Н₂0).

Диаметр частиц глин менее 0,005 мм; породы, состоящие из более крупных частиц, принято классифицировать как лёсс. Большинство глин — серого цвета, но встречаются глины белого, красного, желтого, коричневого, синего, зеленого, лилового и даже черного цветов. Окраска обусловлена примесями ионов — хромофоров, в основном железа в степени окисления 3 (красный, желтый цвет) или 2 (зеленый, синеватый).

Основным источником глинистых пород служит полевой шпат, при распаде которого под воздействием атмосферных явлений образуются каолинит и другие гидраты алюминиевых силикатов. Некоторые глины осадочного происхождения образуются в процессе местного накопления упомянутых минералов, но большинство из них представляют собой наносы водных потоков, выпавшие на дно озер и морей.

Глина является основой гончарного, кирпичного производства. В смеси с водой глина образует тестообразную пластичную массу, пригодную для дальнейшей обработки. В зависимости от места происхождения природное сырьё имеет существенные различия. Одно можно использовать в чистом виде, другое необходимо просеивать и смешивать, чтобы получить материал, пригодный для изготовления различных изделий.

Различают несколько разновидностей глины. Каждая из них используется по-своему. Большую часть добываемых и поступающих в продажу глин составляет каолин, который применяется в целлюлозно-бумажной промышленности и в производстве фарфора и огнеупорных изделий. Вторыми по важности материалами являются обычная строительная глина и глинистый сланец. Огнеупорная глина идет на изготовление огнеупорного кирпича и других жаропрочных изделий.

Важное место среди видов глин занимает бентонит. Считают, что эта глина образовалась в результате химического распада вулканического пепла. При погружении в воду она разбухает, увеличивая свой объем в несколько раз. В основном она используется в буровых растворах при бурении скважин. Сукновальная глина ценится за ее отбеливающие свойства при очистке нефтепродуктов. Фильтры из сукновальной глины применяются при очистке растительных и минеральных масел. Гончарная глина, именуемая также комовой, находит применение при изготовлении посуды. Глина или глинистый сланец представляет собой важное сырье, которое вместе с известняком используется в производстве портландцемента.

Наиболее распространёнными в природе являются: красная глина, белая керамика (майолика), глина из песчаника. Сорта глины — для производства фарфора, фаянса и огнеупорных изделий — каолин.

Глина, употребляемая для изготовления гончарных изделий, очень часто заключает в своем составе оксиды железа, известь, щелочи, гипс и т. п. примеси, которые могут быть даже полезны для спекаемости массы и прочности изделий. Чистая глина встречается в природе редко, и для того, чтобы она могла быть использована, её надо первоначально очистить и смешать с необходимыми добавками.

Для производства изделий добытая глина оставляется на 1 - 2 года на воздухе или в воде. Главное условие доброкачественности глиняной массы — это её однородность. Для очистки глина разбивается на мелкие кусочки, которые обливаются водою и после суточного лежания сбрасываются в особого рода мешалки.

Глина — осадочная горная порода, основные свойства которой определяются свойствами мельчайших частиц размером менее 5 мкм, которые принято называть глинами. В минералогической энциклопедии глинами называют частицы размером менее 2мкм. Глинистые частицы обычно имеют пла­стинчатое строение и хорошо смачиваются водой (гидрофильные). Благодаря большой общей поверхности частиц глина способна погло­щать и удерживать большое количество воды (до 20...30 % по массе). При этом она разбухает и переходит в вязко пластичное состояние.

При высыхании глиняное тесто уменьшается в объеме (10...20 %): частицы глины, сближаясь, начинают прочно удерживаться друг около друга силами поверхностного натяжения тончайших пленок воды, остающейся между ними. Происходит затвердевание глины. Прочность высохшей глины достаточно велика (до 10 МПа). Глиняное тесто при высыхании из-за сближения частиц дает зна­чительную усадку. Чтобы уменьшить усадку и предотвратить растрескивание, в глиняное тесто добавляют более крупнозернистые матери­алы (песок, опилки). При повторном увлажнении глина вновь размягча­ется, поэтому затвердевший глиняный материал необходимо предохра­нять от воздействия воды. Глину применяют как местный материал в сельском строительстве для штукатурных и кладочных растворов. Особенно широко применяют глины для кладки печей. Из глины с добавлением соломы получают также материал для кладки.

Благодаря высокой пластичности и способности удерживать воду на поверхности своих тонкодисперсных частиц глину исполь­зуют в качестве пластифицирующей добавки к цементу в строи­тельных растворах.

Огнеупорные и тугоплавкие глины

К огнеупорным относятся наиболее чистые, свободные от механических примесей глины, выдерживающие температуру, выше 1580 °С. Из них изготавливают, специальные сорта кирпича для облицовки (футеровки) внутренней части промышленных печей. Некоторые из этих глин применяются для изготовления фарфоровых и фаянсовых изделий, облицовочных плиток для стен. Тугоплавкие глины содержат примеси (окислы железа, кварцевый песок, слюда и др.), они могут выдерживать температуру от 1350° до 1580 °С. Эти глины идут на изготовление тугоплавкого кирпича для кладки печей в жилых зданиях, облицовочного и лицевого кирпича, облицовочных плиток для полов, керамических труб. Наибольшее количество примесей в легкоплавких глинах. Из этих глин, плавящихся при температуре ниже 1350 °С, изготовляют обыкновенный глиняный кирпич, гончарную черепицу, пустотелые керамические камни и другие строительные материалы. В сельском строительстве глину используют как воздушное связующее в штукатурных растворах, из нее изготовляют саман, кирпич-сырец. Глину часто применяют в качестве пластифицирующей добавки, вводимой в штукатурные и кладочные растворы.